白桦CESA7基因启动子的克隆与表达分析

克隆得到了一个白桦纤维素合成酶基因（CESA7）GenBanK登录号（EU591531）启动子序列,通过序列分析发现该启动子含有多个不同功能的顺式作用元件,包括光响应元件、激素响应元件、叶片形态发育元件等,推测该启动子在白桦生长发育过程中具有关键作用。将BpCESA7启动子克隆至带有GUS报告基因的植物表达载体,命名为proBpCESA7-121-GUS,并利用农杆菌介导方法侵染白桦和拟南芥,然后通过GUS组织化学染色观察BpCESA7基因启动子的组织表达特性。结果在白桦的根、茎、叶和拟南芥的根,叶,萼片、雌蕊中检测到了GUS活性,说明BpCESA7基因启动子具有启动子活性,并且在白桦的根和叶中染色最深,表明BpCESA7基因在白桦根和叶中表达量较高,并且其存在组织表达特异性。     

白桦BpbHLH112基因克隆及其启动子表达特性分析

克隆白桦BpbHLH112基因的编码序列，并进行生物信息学分析。通过实时荧光定量PCR技术分析该基因在不同胁迫处理下的表达模式，进一步克隆了BpbHLH112基因上游1 446 bp的启动子区域，序列分析表明，该区域含有多个逆境响应、激素响应以及信号转导等相关元件，通过构建BpbHLH112启动子片段融合GUS报告基因的表达载体并进行烟草瞬时转化，分析在不同胁迫处理条件下BpbHLH112启动子驱动GUS基因表达的活性，结果表明BpbHLH112启动子的表达能够被一些逆境胁迫因子诱导，本研究结果为深入研究BpbHLH112调控白桦应对非生物胁迫作用的分子机理提供了理论依据。     

白桦APETALA2基因启动子的克隆及其表达分析

APETALA2（AP2）转录因子亚家族普遍存在于植物中,参与植株的生长发育、胁迫应答和多种生理生化反应的信号传导。本研究从白桦（Betula platyphylla Suk.）基因组中克隆了AP2基因2 308 bp的启动子序列,生物信息学分析发现,该序列除具有TATA-box和CAAT box等高等植物普遍具有的保守元件外,还具有大量光响应元件和激素响应元件,如响应赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯等的元件。将白桦AP2基因启动子克隆至pBI121-35S：：GUS植物表达载体中,命名为pBI121-proAP2：：GUS,用农杆菌介导法侵染白桦和拟南芥,并进行GUS染色分析,结果表明AP2基因启动子驱动下的GUS报告基因在整个拟南芥中都表达,在白桦的营养器官和雌花种翅及花柄中也有表达,说明其具有启动活性,可能参与该器官的发育。     

白桦BpZFP4基因启动子克隆和逆境响应元件功能分析

前期研究发现白桦锌指蛋白BpZFP4基因响应多种非生物逆境胁迫。为了深入研究其调控机制,本研究利用染色体步移技术克隆了该基因上游1 360 bp的启动子区域,序列分析结果表明该区域含有多个逆境响应顺式作用元件、激素响应元件、光响应以及病原菌和损伤响应元件等。在此基础上,构建了BpZFP4启动子5'-端一系列缺失片段融合GUS报告基因的表达载体。通过对系列缺失突变体在正常条件以及渗透胁迫、盐胁迫和脱落酸（ABA）处理条件下的GUS基因表达分析,鉴定得到BpZFP4启动子对干旱、盐和ABA应答响应的主要调节区域及可能的顺式作用元件。本研究结果为进一步探究BpZFP4基因应答非生物胁迫和信号分子刺激的调控机理提供了重要的理论依据。     

杂交构树UDP-葡萄糖脱氢酶基因编码蛋白的亚细胞定位及其启动子5'端缺失片段的功能分析

为了研究杂交构树UDP-葡萄糖脱氢酶基因（DDBJ，BpUGDH基因登录号为LC457701）启动子不同区域的表达活性，利用5'端缺失及同源重组实验技术，将5个不同长度的BpUGDH启动子5'端缺失片段与GUS基因连接，并通过农杆菌介导法瞬时转化烟草；同时，为了定位BpUGDH基因编码的蛋白在细胞中表达的具体位置，利用GFP报告基因融合目的基因进行蛋白质的亚细胞定位。结果显示：BpUGDH基因启动子-244 bp以内的序列均能介导GUS基因的诱导表达，并且-973、-465、-355、-281和-244 bp之间的区域可能对BpUGDH基因启动子的活性发挥着至关重要的作用。另外，BpUGDH基因编码蛋白的亚细胞定位结果显示：BpUGDH位于叶绿体中。     

白桦BpSPL2基因启动子的克隆及表达分析

SPL(SQUAMOSA promoter-binding protein-like)是植物特有的转录因子,研究表明其在参与发育阶段转变、花和果实发育等方面起着重要作用。利用PCR技术从白桦基因组DNA中扩增获得BpSPL2基因上游1 960 bp启动子序列,使用PLACE和Plant CARE在线软件分析序列,发现BpSPL2基因启动子序列中含有与开花、非生物胁迫及激素响应等相关的顺式作用元件,暗示其在植物的生长发育和胁迫应答中起重要作用。进而构建了BpSPL2基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体,并利用农杆菌介导将其瞬时转化至白桦和拟南芥,通过GUS组织化学染色检测BpSPL2基因启动子的组织表达特性,结果表明BpSPL2基因启动子具有启动子活性,能够驱动GUS基因在白桦和拟南芥中表达;而其表达活性在白桦的叶片、芽及根部中较强,在拟南芥的花药、雌蕊和叶片较强,为进一步研究白桦BpSPL2基因的表达调控及其功能分析提供参考。     

白桦BpPIN3基因启动子序列及应答特性分析

PIN蛋白家族作为植物中重要的生长素外排载体家族,在植物生长和发育过程中表现出广泛的生理效应。为了进一步了解BpPIN3的功能,探究其在白桦（Betula platyphylla）发育过程中及其对不同激素信号和非生物胁迫的响应,采用生物信息学方法分析白桦BpPIN3启动子序列。以1年生和2年生白桦无性系苗木的根、茎、叶和顶芽为材料进行组织部位表达模式分析。以白桦幼苗为材料,用100 μmol·L^-1生长素（IAA）、100 μmol·L^-1赤霉素（GA₃）、200 μmol·L^-1脱落酸（ABA）和长光照条件下分别进行激素诱导和光胁迫处理,并取激素处理后0、2、4、8、16、24、48 h以及光胁迫后0、1、3、6,12、24、48、72 h时的白桦叶片和根提取RNA,利用qRT-PCR技术分析BpPIN3基因的表达情况。结果显示：BpPIN3启动子序列包含赤霉素、脱落酸、茉莉酸甲酯等不同类型的生长素响应元件,以及多个与逆境相关的顺式调控元件。BpPIN3在不同生长年份白桦的多个组织部位都有表达,尤其在叶片中表达量较高,并且所有组织部位中BpPIN3第二年的表达量均高于第一年。BpPIN3基因在不同处理条件下,不同部位间的相对表达量的变化存在一定差异,IAA及GA能够诱导白桦叶片组织细胞中的BpPIN3上调表达;而在ABA处理下除16、48 h外,BpPIN3基因表现出与IAA处理下相反的表达模式。在根组织中,IAA、GA₃及ABA均能诱导BpPIN3的表达。在叶片组织中,遮光胁迫诱导了BpPIN3基因的表达;在根组织中,随着处理时间的推移,12 h开始BpPIN3基因的相对表达量均显著高于对照（0 h）。根据试验结果,推测BpPIN3基因在白桦生长发育过程,以及IAA、GA₃和ABA信号转导途径和植物光响应过程中发挥重要调控作用。     

白桦BpPIN5基因启动子组织定位及外源激素应答分析

PIN家族蛋白作为IAA的极性输出载体,在植物胚胎发育、器官发育和向性生长,尤其是植物叶序、叶脉的形成及维管组织分化过程中起关键作用。为了明确白桦（Betula platyphylla）BpPIN5基因对外源激素的应答特性,实验以白桦全基因组DNA为参考,克隆获得BpPIN5基因的上游1 447 bp启动子序列,采用PLACE在线软件对该序列含有的顺式作用元件进行预测,结果表明,BpPIN5启动子序列含有生长素（IAA）、赤霉素（GA）、水杨酸（SA）、脱落酸（ABA）、茉莉酸甲酯（MeJA）、乙烯（ET）等不同类型的生长素响应元件。实验构建了pro-BpPIN5：：GUS载体进行白桦转基因,GUS组化染色分析显示,BpPIN5启动子在白桦叶裂顶端、细叶脉及根中有转录活性。分别用IAA、GA、MeJA、SA及ABA激素处理转基因白桦,结果显示,BpPIN5启动子对上述5种激素在白桦第1叶片的裂叶边缘、第2叶的叶柄及根组织部位均有应答,且响应变化基本一致。研究结果为揭示白桦BpPIN5基因功能提供参考。     

水稻谷蛋白基因GluC启动子的克隆及表达分析

水稻谷蛋白仅在水稻种子胚乳中表达,其启动子是分离胚乳特异性表达启动子的理想材料。本研究克隆了GluC基因启动子pGluC,生物信息学分析表明pGluC内部含有胚乳特异性表达所需要的Skn-1 motif和ACGT-box元件。将pGluC启动子和7个5'端缺失启动子片段构建到pGPTV-GUS载体上,转化水稻愈伤组织,进行组织化学染色和GUS酶活分析。结果表明：全长及截短的-1 911、-1 611、-1 311 bp启动子均能驱动GUS基因在水稻种子胚乳中高效稳定表达。-999、-451、-203、-102 bp启动子失去了胚乳表达特异性,在根、茎或者叶中也检测到GUS表达。该结果为实现外源目的基因在水稻胚乳中特异高效表达提供了理论依据。     

84K杨PagC3H3基因表达模式分析

木质素作为木材的主要组成成分,通常是由3种单体聚合而成,在其生物合成过程中,共有10个酶家族参与负责将苯丙胺酸转化为单体木质素,其中C3H是在对-香豆酰辅酶A（p-coumaroyl CoA）到咖啡酰辅酶A（caffeoyl CoA）的羟基化过程和G/S单体形成中的关键控制酶类,探究PagC3H3基因表达模式,对于进一步了解该基因功能具有重要意义。该研究通过定量PCR对PagC3H3基因的组织特异性表达进行分析;克隆得到了长度为2 035 bp的PagC3H3的启动子序列,预测含有多个顺式作用元件;同时,将获得的PagC3H3的启动子序列构建植物表达载体pBI121-PagC3H3pro：：GUS,进行拟南芥瞬时转化,结果显示PagC3H3基因在84K杨的根、中部茎节和基部茎节中的表达量较高;瞬时转化拟南芥,GUS染色表明：在下胚轴和根中GUS活性较强,由此推测PagC3H3基因在木质素合成过程中发挥作用。     

寒温带森林白桦径向生长的海拔差异及其气候响应——以奥克里堆山为例

气候变化深刻影响森林生态系统的结构和功能。在全球升温背景下,不同环境中不同树种的生长模式及其气候响应决定着生态系统的发展和稳定。本研究基于大兴安岭地区奥克里堆山的白桦年轮宽度数据,采用树木年代学方法,分析(兴安)落叶松森林中先锋树种白桦的生长-气候响应与升温和海拔变化的关联。结果表明: 气候变暖使具有明显海拔环境差异的白桦产生生长分异。较低海拔(1050 m)区域的白桦生长显著增加,而在相对偏高海拔(1250 m)区域的生长变化不大;在具有明显快速升温变化(1980年)之前,各海拔区域白桦生长的冬季(上年10月至当年2月)低温胁迫均达到显著水平;在快速升温阶段(1981—2010年),白桦生长的冬季低温胁迫降低,生长季(5—7月)温度成为偏高海拔处白桦生长的主要限定性因子;在水热条件较为调和的低海拔区域,白桦生长加快。研究区内白桦的分布总体上随着气候的持续变暖逐渐向高海拔区域扩散。     

白桦反义CCoAOMT基因调控木质素生物合成

白桦是我国北方重要的造林树种,但其中的高木质素含量严重制约了它作为造纸资源植物的开发利用。本文利用RACE技术获得了白桦咖啡酰辅酶A-3-O-甲基转移酶（CCoAOMT）基因全长ORF序列,并构建了白桦CCoAOMT基因的反义表达载体,通过农杆菌介导法将其导入到白桦中。PCR检测表明反义CCoAOMT基因已整合到白桦的基因组中。对转化植株的半定量PCR检测显示转基因株系的CCoAOMT基因表达量下降;Wiesner染色发现,与野生型相比,转基因植株木质素含量有所下降。对七年生的转基因白桦和野生型对照进行了化学成分分析,结果表明转基因白桦的苯醇抽提物和Klason木质素显著减少,聚戊糖含量升高。上述结果暗示BpCCoAOMT基因参与白桦木质素的合成,反义表达该基因后木质素含量减少,更易于去除。白桦CCoAOMT基因对木质素的合成起重要作用,这为培育低木质素含量的制浆新品种白桦奠定了基础。     

基于气象因子的白桦天然林单木直径生长模型

基于大、小兴安岭地区212块白桦天然林固定样地复测数据和区域内及周边共30个气象站点数据,构建了基于气象因子的单木生长模型.在此基础上,通过分析大、小兴安岭地区林分因子及气象因子的差异,采用哑变量方法构建了含区域效应的单木直径生长模型.结果表明: 生长季最低温度(T_{g min})和生长季降雨量(P_{g m})是影响两地区白桦胸径生长量的主要气象因素.T_{g min}和P_{g m}与胸径生长量均呈正相关关系,但T_{g min}对胸径生长量的影响程度存在明显的区域差异.引入T_{g min}和P_{g m}的单木生长模型比仅含林分因子的单木生长模型的调整后确定系数(R_a²)提高了11%(R_a²=0.56),说明气象因子可以很好地解释该地区白桦生长情况;采用哑变量法构建的含区域效应的胸径生长模型将R_a²提高了18%(R_a²=0.59),且有效解决了模型参数区域不相容的问题.模型检验结果表明,含区域效应的哑变量单木胸径生长模型对大、小兴安岭地区白桦胸径生长量的预估效果最好,平均偏差、平均绝对偏差、平均相对偏差和平均相对偏差绝对值分别为0.0086、0.4476、5.8%和20.0%.基于气象因子的哑变量单木胸径生长模型可以很好地描述大、小兴安岭地区白桦的胸径生长过程.     

大兴安岭中部天然次生林种子雨动态

本研究于2018—2019年对大兴安岭中部白桦林、针叶林和针阔混交林3种林型的种子雨落种量进行了动态监测,并对3种林型主要树种的种子雨季节动态、落叶动态、种子雨千粒重、种子雨年际变化和种子雨空间格局进行了分析。结果表明: 各林型中兴安落叶松种子雨和白桦种子雨呈现明显的单峰型分布。针阔树种(落叶松、樟子松、云杉、白桦、山杨)的落叶量呈现出明显的季节动态,各林型落叶量大多在9月中上旬达到高峰。在针阔混交林和针叶林中,处于高峰期的兴安落叶松种子雨千粒重明显大于初始期和末尾期的兴安落叶松种子雨千粒重,3种林型下白桦千粒重在季节上未表现出明显的差异。兴安落叶松和白桦的种子雨均呈现出明显的年际变化,2018年为种子散种量的丰年,2019年为歉年。两年时间内,所有种子雨的空间格局在总体上均表现为聚集分布,种子雨和幼苗幼树在空间分布格局上存在一致性。     

冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量评价

为防止北方土石山区的土地和植被在人类活动下进一步退化,为冬奥会赛后制定战略性植被恢复计划,以白桦天然林、落叶松人工林、天然灌草地和弃耕农地为研究对象,基于土壤容重、孔隙度和土壤养分含量等13种土壤理化指标,对冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量进行综合评价。结果表明: 冀北土石山区不同土地利用类型土壤质量呈现出白桦天然林>天然灌草地>落叶松人工林>弃耕农地。白桦天然林的土壤质量显著高于其他3种土地利用类型,其土壤全氮(3.24±1.42 g·kg^-1)和全磷(0.59±0.10 g·kg^-1)含量较高,土壤养分的长期积累是阻止白桦天然林土壤退化的最主要原因;天然灌草地受到土壤粗粒含量和地形因素的影响,土壤质量仅次于白桦天然林;经过40年植被恢复的落叶松人工林土壤物理性质得到改良,土壤砾石含量显著降低,而土壤养分指标未发生显著变化;弃耕农田土壤质量最低的主要原因是植被覆盖低及低海拔区域较高的人类活动强度。受土壤全氮含量的影响,4种土地利用类型下的土壤质量随海拔升高而增加,且均在1700 m左右达到峰值。综上,建议加强在低海拔生态脆弱区域的封禁管理和生态恢复措施,同时兼顾高密度林分的可持续发展,增强人工林的生态适应性。     

典型黑土区主要树种根系构型特征及其对固土能力的影响

为量化典型黑土区主要树种根系构型特征,探究其对固土能力的影响,以该区分布较广的榆叶梅、小叶锦鸡儿、白桦、糖槭、红皮云杉、樟子松单株个体为研究对象,采用全根挖掘和WinRHIZO Pro LA2004分析系统相结合对其根系空间分布、几何形态、分形等特征进行测定,同时采用原位整株根系拉拔的方法量化根系垂直拉拔力。结果表明: 榆叶梅以倾斜根为主,小叶锦鸡儿、白桦、糖槭和红皮云杉以水平根为主,樟子松根系在水平和垂直分布上较为均衡;除白桦总根表面积和红皮云杉总根长外,灌木树种总根长、总根表面积显著大于乔木,落叶阔叶乔木总根长、总根表面积显著大于针叶常绿乔木,白桦总根体积显著大于小叶锦鸡儿、糖槭、红皮云杉和樟子松;榆叶梅、小叶锦鸡儿和白桦根系分形维数和分形丰度显著大于红皮云杉和樟子松;榆叶梅、小叶锦鸡儿和糖槭整株根系平均最大垂直拉拔力显著大于白桦、樟子松和红皮云杉。主要受根系总根长、总根表面积和倾斜根数量的影响,榆叶梅、小叶锦鸡儿和糖槭根系表现出较强的固土能力,可作为典型黑土区水土保持植被构建中优先选择的树种。